DE102015209057B4 - Multifunctional high-current circuit board - Google Patents

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Abstract

Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) umfassend eine Stromleitungsschicht (5) und mindestens zwei weitere Funktionsschichten (3, 4), gekennzeichnet durch eine Busbar-Einheit (10) und eine Energiespeicher-Einheit (11), die jeweils die Stromleitungsschicht (5) mit den mindestens zwei weiteren Funktionsschichten (3, 4) elektrisch verbinden, wobei eine der weiteren Funktionsschichten (4) eine wenigstens zwei Leistungsschalter (16) aufweisende Schaltschicht (4) und eine der weiteren Funktionsschichten (3) eine Ansteuerschicht (3) ist, die ein Busbar-Anschlusselement (14) aufweist, das zur Gleichstromverbindung mit einem Versorgungspotential ausgebildet ist.Multifunctional high-current circuit board (1) comprising a power conduction layer (5) and at least two further functional layers (3, 4), characterized by a busbar unit (10) and an energy storage unit (11), each of which has the power conduction layer (5) with the at least electrically connect two further functional layers (3, 4), one of the further functional layers (4) being a switching layer (4) having at least two power switches (16) and one of the further functional layers (3) being a control layer (3) which is a busbar Has connection element (14) which is designed for direct current connection with a supply potential.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte.The invention relates to a multifunctional high-current circuit board.

Die nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2014 207 596 A1 betrifft eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte, die mit einer Spannungsquelle, insbesondere einer Batterie, und einem elektrischen Verbraucher verbindbar ist.The unpublished patent application DE 10 2014 207 596 A1 relates to a multifunctional high-current circuit board that can be connected to a voltage source, in particular a battery, and an electrical consumer.

DE 10 2013 101 266 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte und einem auf der Leiterplatte angeordnetem elektrischen Bauelement. DE 10 2013 101 266 A1 discloses a circuit arrangement with a circuit board and an electrical component arranged on the circuit board.

DE 10 2010 006 850 A1 offenbart eine elektronische Baugruppe zum Schalten elektrischer Leistung. DE 10 2010 006 850 A1 discloses an electronic assembly for switching electrical power.

DE 10 2009 022 110 A1 offenbart eine Leiterplattenanordnung für thermisch belastete elektronische Bauelemente. DE 10 2009 022 110 A1 discloses a circuit board arrangement for thermally stressed electronic components.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte mit verbesserter Hochstromversorgung bereitzustellen.The object of the invention is to provide a multifunctional high-current circuit board with an improved high-current supply.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Als Hochstromleiterplatte wird eine Leiterplatte mit einer Stromleitungsschicht verstanden, die insbesondere mehrere Stromleitungslagen aufweist. Die Stromleitungsschicht und insbesondere die Stromleitungslagen weisen jeweils mindestens eine Hochstromleitung auf. Die Hochstromleitung ist zum Leiten von elektrischem Strom geeignet, der insbesondere mehrere 100 A, insbesondere mindestens 500 A und insbesondere mindestens 1000 A beträgt. Die Hochstromleiterplatte umfasst mindestens eine weitere Funktionsschicht, die mit der Stromleitungsschicht mittels einer Busbar-Einheit und/oder mit einer Energiespeicher-Einheit verbunden ist. Insbesondere wurde erkannt, dass sich die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit vorteilhaft auch auf Schichten der Hochstromleiterplatte erstrecken, die außerhalb der Stromleitungsschicht angeordnet sind. Die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit beziehen Bereiche, insbesondere Schichten, der mehrfunktionalen Hochstromleiterplatte mit ein, die nicht ausschließlich der Stromleitungsschicht und insbesondere einem Dickkupferbereich zugehörig sind.To solve this problem, a multifunctional high-current circuit board is specified according to the features of patent claim 1. A high-current circuit board is understood to be a circuit board with a power conduction layer, which in particular has several power conduction layers. The power line layer and in particular the power line layers each have at least one high-current line. The high-current line is suitable for conducting electrical current, which is in particular several 100 A, in particular at least 500 A and in particular at least 1000 A. The high-current circuit board comprises at least one further functional layer, which is connected to the power line layer by means of a busbar unit and/or to an energy storage unit. In particular, it was recognized that the busbar unit and/or the energy storage unit advantageously also extend to layers of the high-current circuit board that are arranged outside the power line layer. The busbar unit and/or the energy storage unit include areas, in particular layers, of the multifunctional high-current circuit board that are not exclusively associated with the power line layer and in particular with a thick copper area.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochstromleiterplatte ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.Advantageous configurations of the high-current circuit board result from the features of the claims dependent on claim 1.

Erfindungsgemäß ist eine Ausgestaltung einer Hochstromleiterplatte, bei der die mindestens eine weitere Funktionsschicht eine Schaltschicht oder eine Ansteuerschicht ist.According to the invention is an embodiment of a high-current circuit board in which the at least one further functional layer is a switching layer or a control layer.

Dadurch ist eine Hochstromversorgung im Schaltbereich der Hochstromleiterplatte ermöglicht. Insbesondere ist dadurch die Voraussetzung für ein stromtragfähiges System zur Versorgung von Leitungsschaltern geschaffen, die insbesondere an der Schaltschicht angeordnet sind.This enables a high-current supply in the switching area of the high-current circuit board. In particular, this creates the prerequisite for a current-carrying system for supplying line switches, which are arranged in particular on the switching layer.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung einer Hochstromleiterplatte, bei der die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit jeweils in die Hochstromleiterplatte integriert ausgeführt sind. Die Hochstromleiterplatte mit erhöhter Funktionalität ist kompakt und insbesondere einteilig ausgeführt. Insbesondere sind die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit jeweils senkrecht zu einer Stromleitungsschichtebene orientiert. Die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit ist jeweils parallel zu einer Dickenrichtung der Hochstromleiterplatte orientiert. Die Dickenrichtung wird auch als vertikale Richtung bezeichnet.An embodiment of a high-current circuit board in which the busbar unit and/or the energy storage unit are each integrated into the high-current circuit board is advantageous. The high-current circuit board with increased functionality is compact and, in particular, designed in one piece. In particular, the busbar unit and/or the energy storage unit are each oriented perpendicular to a power line layer plane. The busbar unit and/or the energy storage unit is each oriented parallel to a thickness direction of the high-current circuit board. The thickness direction is also called the vertical direction.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit jeweils alle Lagen der Hochstromleiterplatte kontaktiert. Das bedeutet, dass die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit sämtliche Lagen der Stromleitungsschicht und darüber hinaus sämtliche Lagen der mindestens einen weiteren Funktionsschicht, insbesondere sämtliche Lagen der Schaltschicht und sämtliche Lagen der Ansteuerschicht, kontaktiert. Insbesondere kontaktiert die Busbar-Einheit und/oder die Energiespeicher-Einheit zwei Lagen der Schaltschicht und/oder zwei Lagen der Ansteuerschicht.An embodiment of the high-current circuit board is advantageous in which the busbar unit and/or the energy storage unit contacts all layers of the high-current circuit board. This means that the busbar unit and/or the energy storage unit contacts all layers of the power line layer and, furthermore, all layers of the at least one further functional layer, in particular all layers of the switching layer and all layers of the control layer. In particular, the busbar unit and/or the energy storage unit contacts two layers of the switching layer and/or two layers of the control layer.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Stromleitungsschicht mehrere, insbesondere geradzahlig viele, Stromleitungsschichtlagen aufweist. Insbesondere ist es dadurch möglich, die Stromleitungsschichtlagen in Abhängigkeit ihres Versorgungspotenzials gezielt, insbesondere symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur Dickenrichtung orientierten Mittenebene der Hochstromleiterplatte oder wechselweise anzuordnen.An embodiment of the high-current circuit board is advantageous in which the power conduction layer has several, in particular an even number, power conduction layer layers. In particular, this makes it possible to arrange the current conduction layer layers in a targeted manner, in particular symmetrically with respect to a center plane of the high-current circuit board oriented perpendicular to the thickness direction, or alternately, depending on their supply potential.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Schaltschicht mehrere, insbesondere zwei, Schaltschichtlagen aufweist. Die Schaltschicht weist eine ausreichende Anzahl an Schaltschichtlagen auf. Gleichzeitig ist die Anzahl der Schaltschichtlagen derart reduziert, dass eine möglichst schlanke, also dünne Ausführung der Schaltschicht in Dickenrichtung möglich ist. Der Querschnitt der Schaltschicht ist ausreichend ausgelegt, um den zu transportierenden Strom zu tragen. Insbesondere sind genau zwei Schaltschichtlagen vorgesehen. Die Schaltschichtlagen sind bezogen auf ein Versorgungspotential insbesondere identisch übereinander angeordnet. In analoger Weise kann die Ansteuerschicht mehrere, insbesondere zwei, Ansteuerschichtlagen aufweisen.An embodiment of the high-current circuit board in which the switching layer has several, in particular two, switching layer layers is advantageous. The switching layer has a sufficient number of switching layer layers. At the same time, the number of switching layer layers is reduced in such a way that the switching layer can be designed to be as slim as possible, i.e. thin, in the thickness direction. The The cross section of the switching layer is designed to be sufficient to carry the current to be transported. In particular, exactly two switching layer layers are provided. The switching layer layers are arranged, in particular, identically one above the other in relation to a supply potential. In an analogous manner, the control layer can have several, in particular two, control layer layers.

Erfindungsgemäß ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Busbar-Einheit mindestens ein durchkontaktiertes Busbar-Anschlusselement aufweist. Das Busbar-Anschlusselement dient für eine Gleichstromverbindung und wird auch als DC-Link bezeichnet. Der DC-Link ermöglicht einen Anschluss der Versorgungspotenziale DC+ und DC-.According to the invention is an embodiment of the high-current circuit board in which the busbar unit has at least one plated-through busbar connection element. The busbar connection element is used for a direct current connection and is also referred to as a DC link. The DC link enables the DC+ and DC- supply potentials to be connected.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der das mindestens eine Busbar-Anschlusselement mindestens einen Busbar-Anschlussstift mit Einzellagenverbinder aufweist. Insbesondere weist das Busbar-Anschlusselement 16 oder 25 Busbar-Anschlussstifte auf. Das Busbar-Anschlusselement wirkt wie ein Gesamtlagenverbinder und stellt insbesondere eine ausreichende Stromtragfähigkeit für die Busbar-Einheit dar.A particularly advantageous embodiment of the high-current circuit board is one in which the at least one busbar connection element has at least one busbar connection pin with a single-layer connector. In particular, the busbar connection element has 16 or 25 busbar connection pins. The busbar connection element acts like a total layer connector and in particular provides sufficient current-carrying capacity for the busbar unit.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei die Energiespeicher-Einheit mindestens ein durchkontaktiertes Energiespeicher-Anschlusselement aufweist. Das Energiespeicher-Anschlusselement dient insbesondere zum Anschließen für ein Energiespeicherelement. Das Energiespeicher-Anschlusselement weist insbesondere mindestens einen Energiespeicher-Anschlussstift mit Einzellagenverbinder auf. Insbesondere weist das Energiespeicher-Anschlusselement vier Energiespeicher-Anschlussstifte auf. Die Energiespeicher-Einheit mit dem Energiespeicher-Anschlusselement wirken wie ein Gesamtlagenverbinder, der eine ausreichende Stromtragfähigkeit für die Energiespeicher-Einheit darstellt.An embodiment of the high-current circuit board in which the energy storage unit has at least one plated-through energy storage connection element is advantageous. The energy storage connection element is used in particular to connect an energy storage element. The energy storage connection element in particular has at least one energy storage connection pin with a single-layer connector. In particular, the energy storage connection element has four energy storage connection pins. The energy storage unit with the energy storage connection element act like an overall layer connector that provides sufficient current-carrying capacity for the energy storage unit.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte mit einer Endstufen-Einheit mit mindestens zwei Endstufen-Elementen, die jeweils zwei logische Leistungsschalter umfassen. Über die Endstufen-Einheit mit den Endstufen-Elementen können die logischen Leistungsschalter direkt kontaktiert werden. Der Gesamtstrom auf der Energiespeicher-Einheit kann auf die Endstufen-Elemente insbesondere derart zur Verfügung gestellt werden, dass für jedes Endstufen-Element der erforderliche und insbesondere der benötigte Leitungsquerschnitt bereitgestellt ist. Der zur Verfügung stehende Leitungsquerschnitt wird optimal, insbesondere bedarfsangepasst, ausgenutzt. Es ist insbesondere nicht erforderlich, ungenutzten Leitungsquerschnitt zur Verfügung zu stellen. Die Leiterplattengestaltung ist flexibel und insbesondere am tatsächlichen Bedarf angepasst. Die logischen Leistungsschalter sind insbesondere in Halbbrückenanordnung ausgeführt.An embodiment of the high-current circuit board with an output stage unit with at least two output stage elements, each of which includes two logical power switches, is advantageous. The logical circuit breakers can be contacted directly via the output stage unit with the output stage elements. The total current on the energy storage unit can be made available to the output stage elements in particular in such a way that the required and in particular the required line cross section is provided for each output stage element. The available cable cross-section is used optimally, especially in accordance with requirements. In particular, it is not necessary to provide unused cable cross-section. The circuit board design is flexible and particularly adapted to actual needs. The logical power switches are designed in particular in a half-bridge arrangement.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Endstufen-Einheit mittels einer mehrere Einzelstromleitungen aufweisende Stromverteilstruktur mit der Energiespeicher-Einheit verbunden ist, wobei jedes Endstufen-Element über eine korrespondierende Einzelstromleitung an die Energiespeicher-Einheit angeschlossen ist. Mittels der mehreren Einzelstromleitungen kann eine zielgerichtete Stromverteilstruktur im Bereich der Endstufen-Einheit zur Verfügung gestellt werden. Eine zielgerichtete Stromführung von der Energiespeicher-Einheit zu den Endstufen-Elementen ist gewährleistet.A particularly advantageous embodiment of the high-current printed circuit board is in which the output stage unit is connected to the energy storage unit by means of a power distribution structure having a plurality of individual power lines, with each output stage element being connected to the energy storage unit via a corresponding individual power line. Using the multiple individual power lines, a targeted power distribution structure can be provided in the area of the power amplifier unit. Targeted current routing from the energy storage unit to the power amplifier elements is guaranteed.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Endstufen-Elemente gleich beabstandet bezüglich der Energiespeicher-Einheit angeordnet sind. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass sich die in den Einzelstromleitungen auftretenden Einzelströme gegenseitig beeinträchtigen.An embodiment of the high-current circuit board is advantageous in which the output stage elements are arranged equally spaced apart from the energy storage unit. This can prevent the individual currents occurring in the individual power lines from interfering with each other.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Stromverteilstruktur in der Schaltschicht angeordnet ist. Die Stromverteilstruktur ist also insbesondere horizontal orientiert, also in einer Horizontalebene angeordnet, die senkrecht zur Dickenrichtung orientiert ist. Die Stromverteilstruktur ist unmittelbar dort angeordnet, wo sie zum Stromverteilen auf die Leistungsschalter erforderlich ist. Daraus ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Hochstromleiterplatte.An embodiment of the high-current circuit board in which the current distribution structure is arranged in the switching layer is advantageous. The current distribution structure is therefore oriented in particular horizontally, i.e. arranged in a horizontal plane that is oriented perpendicular to the thickness direction. The power distribution structure is located directly where it is required to distribute power to the circuit breakers. This results in a particularly compact structure of the high-current circuit board.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die beiden Schaltschichtlagen im Bereich der Endstufen-Einheit mittels einer MikroDurchkontaktierung verbunden sind. Dadurch ist eine besonders unkomplizierte und unmittelbare Verbindung der Schaltschichtlagen im Bereich der Endstufen-Einheit geschaffen. Die Durchkontaktierung ist insbesondere mit Kupfer gefüllt, um die Impedanz zu reduzieren. Insbesondere sind die Schaltschichtlagen bezogen auf ein Versorgungspotenzial identisch übereinander angeordnet.An embodiment of the high-current circuit board is advantageous in which the two switching layer layers are connected in the area of the output stage unit by means of a microthrough-hole. This creates a particularly uncomplicated and direct connection of the switching layer layers in the area of the power amplifier unit. In particular, the via is filled with copper to reduce the impedance. In particular, the switching layer layers are arranged identically one above the other in relation to a supply potential.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Hochstromleiterplatte, bei der die Schaltschichtlagen an der Hochstromleiterplatte außenliegend angeordnet sind. Ein Kontaktieren der Hochstromleiterplatte in der Schaltschicht ist vereinfacht. Insbesondere das Anbringen der Leistungsschalter an der außenliegenden Schaltschicht ist vereinfacht. Der Aufbau der Hochstromleiterplatte ist unkompliziert.An embodiment of the high-current circuit board is advantageous in which the switching layer layers are arranged on the outside of the high-current circuit board. Contacting the high-current circuit board in the switching layer is simplified. In particular, attaching the circuit breakers to the external switching layer is simplified. The construction of the high-current circuit board is uncomplicated.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochstromleiterplatte angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.Both the features specified in the patent claims and the features specified in the following exemplary embodiment of the high-current circuit board according to the invention are each suitable, alone or in combination with one another, for further developing the subject matter according to the invention. The respective combinations of features do not represent any restrictions with regard to the developments of the subject matter of the invention, but are essentially only of an exemplary nature.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Hochstromleiterplatte und
  • 2 ein Stromflussdiagramm durch die Hochstromleiterplatte gemäß 1.
Further features, advantages and details of the invention result from the following description of an exemplary embodiment based on the drawing. Show it:
  • 1 a schematic cross-sectional representation of a high-current circuit board according to the invention and
  • 2 a current flow diagram through the high-current circuit board according to 1 .

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein.Corresponding parts are in the 1 until 2 provided with the same reference numerals. Details of the exemplary embodiments explained in more detail below can also represent an invention in themselves or be part of the subject matter of the invention.

Eine in 1 gezeigte Hochstromleiterplatte 1 ist mehrfunktional und weist verschiedene Funktionsschichten auf, die entlang einer Plattendickenrichtung 2 übereinander angeordnet sind. Zwischen einer außenliegenden Ansteuerschicht 3 und einer außenliegenden Schaltschicht 4 ist eine Stromleitungsschicht 5 angeordnet.One in 1 High-current circuit board 1 shown is multifunctional and has different functional layers which are arranged one above the other along a plate thickness direction 2. A current conduction layer 5 is arranged between an external control layer 3 and an external switching layer 4.

Die Ansteuerschicht 3 weist zwei Ansteuerschichtlagen 6 auf, die eine erste und zweite Lage der Hochstromleiterplatte 1 bilden. Die Ansteuerschichtlagen 6 sind als L1, L2 in 1 gekennzeichnet. Die Ansteuerschichtlagen 6 sind durch eine elektrisch isolierende Isolationslage 7 getrennt.The control layer 3 has two control layer layers 6, which form a first and second layer of the high-current circuit board 1. The control layer layers 6 are as L1, L2 in 1 marked. The control layer layers 6 are separated by an electrically insulating insulation layer 7.

Die Stromleitungsschicht 5 weist mehrere, geradzahlig viele Stromleitungsschichtlagen 8 auf, wobei jeweils benachbarte Stromleitungsschichtlagen 8 durch eine Isolationslage 7 voneinander getrennt sind.The power conduction layer 5 has a plurality of even numbered power conduction layer layers 8, with adjacent power conduction layer layers 8 being separated from one another by an insulation layer 7.

Die Stromleitungsschichtlagen 8 sind insbesondere als Dickkupferlagen ausgeführt. Die Stromleitungsschicht 5 wird auch als Dickkupferschicht bezeichnet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Stromleitungsschichtlagen 8 vorgesehen, die als L3, L4, L(n - 3) und L(n - 2) bezeichnet sind. Die Stromleitungsschichtlagen 8 umfassen also jeweils entlang der Plattendickenrichtung 2 die dritten und höherzahlige Lagen bis hin zur drittletzten Lage. Diese Lagen bilden die Stromleitungsschichtlagen 8. n repräsentiert die Gesamtzahl der Lagen der Hochstromleiterplatte 1, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel acht ist. Die Stromleitungsschichtlagen 8 sind also L3 bis L6. Grundsätzlich ist es denkbar, dass weitere Lagen zwischen L4 und L(n - 3) angeordnet sind.The current conduction layer layers 8 are in particular designed as thick copper layers. The power conduction layer 5 is also referred to as a thick copper layer. According to the exemplary embodiment shown, four current conduction layer layers 8 are provided, which are designated L3, L4, L(n - 3) and L(n - 2). The current conduction layer layers 8 therefore each comprise the third and higher-numbered layers up to the third-to-last layer along the plate thickness direction 2. These layers form the current conduction layer layers 8. n represents the total number of layers of the high-current circuit board 1, which is eight in the exemplary embodiment shown. The current conduction layer layers 8 are therefore L3 to L6. In principle, it is conceivable that further layers are arranged between L4 and L(n - 3).

Die Schaltschicht 4 umfasst zwei Schaltschichtlagen 9, die durch eine Isolationslage 7 voneinander getrennt sind.The switching layer 4 comprises two switching layer layers 9, which are separated from one another by an insulation layer 7.

Die einzelnen Schichten 3, 4, 5 sind im Wesentlichen horizontal, also senkrecht zu der Plattendickenrichtung 2, angeordnet. Entsprechend sind die jeweiligen Lagen 6, 7, 8 und 9 der Schichten 3, 4, 5 senkrecht zur Plattendickenrichtung 2 orientiert. Insbesondere legt die Stromleitungsschicht 5 eine Stromleitungsschichtebene fest, die senkrecht zur Plattendickenrichtung 2 orientiert ist.The individual layers 3, 4, 5 are arranged essentially horizontally, i.e. perpendicular to the plate thickness direction 2. Accordingly, the respective layers 6, 7, 8 and 9 of the layers 3, 4, 5 are oriented perpendicular to the plate thickness direction 2. In particular, the current conduction layer 5 defines a current conduction layer plane that is oriented perpendicular to the plate thickness direction 2.

Entlang der Plattendickenrichtung 2, also senkrecht zu den Schichten 3, 4 und 5, erstrecken sich eine Busbar-Einheit 10, eine Energiespeicher-Einheit 11 und eine Endstufen-Einheit 12. Die Einheiten 10, 11 und 12 sind in 1 durch jeweils punktierte Linien angedeutet.A busbar unit 10, an energy storage unit 11 and an output stage unit 12 extend along the plate thickness direction 2, i.e. perpendicular to the layers 3, 4 and 5. The units 10, 11 and 12 are in 1 indicated by dotted lines.

Im Bereich der Busbar-Einheit 10 sind zwei Lagenverbinder 13 vorgesehen, die mit allen Lagen 6, 8 und 9 der Hochstromleiterplatte 1 verbunden sind. Im Bereich der Ansteuerschicht 3 sind die Lagenverbinder 13 mit einem Busbar-Anschlusselement 14 in Form eines DC-Links zum Anschließen an eine Gleichstromquelle ausgeführt. Durch das mindestens eine durchkontaktierte Busbar-Anschlusselement 14 können die Versorgungspotenziale DC+ und DC- zur Verfügung gestellt werden. Im Bereich der Ansteuerschicht 3 sind die Versorgungspotenziale in den übereinander angeordneten Ansteuerschichtlagen identisch ausgeführt. Dies gilt gleichermaßen für die Schaltschichtlagen 9 der Schaltschicht 4. Im Bereich der Busbar-Einheit 10 und innerhalb der Stromleitungsschicht 5 sind die Versorgungspotenziale an benachbarten Lagen L3, L4 bzw. L4, L(n - 3) bzw. L(n - 3), L(n - 2) jeweils wechselweise angeordnet.In the area of the busbar unit 10, two layer connectors 13 are provided, which are connected to all layers 6, 8 and 9 of the high-current circuit board 1. In the area of the control layer 3, the layer connectors 13 are designed with a busbar connection element 14 in the form of a DC link for connecting to a direct current source. The supply potentials DC+ and DC- can be made available through the at least one through-plated busbar connection element 14. In the area of the control layer 3, the supply potentials in the control layer layers arranged one above the other are identical. This applies equally to the switching layer layers 9 of the switching layer 4. In the area of the busbar unit 10 and within the power line layer 5, the supply potentials at neighboring layers are L3, L4 and L4, L(n - 3) and L(n - 3) , L(n - 2) each arranged alternately.

Das Busbar-Anschlusselement 14 weist mindestens einen Busbar-Anschlussstift mit Einzellagenverbinder auf. Das Busbar-Anschlusselement 14 weist beispielsweise 16 oder 25 Busbar-Anschlussstifte auf.The busbar connection element 14 has at least one busbar connection pin with a single-layer connector. The busbar connection element 14 has, for example, 16 or 25 busbar connection pins.

Entsprechend ist im Bereich der Energiespeicher-Einheit 11 ein durchkontaktiertes Energiespeicher-Anschlusselement 15 vorgesehen, das mindestens einen und insbesondere vier Energiespeicher-Anschlussstifte mit Einzellagenverbinder aufweist. Die Anschlussstifte der Busbar-Einheit 10 und der Energiespeicher-Einheit 11 wirken reduzierend auf den elektrischen Einzel- und somit auf den GesamtWiderstand der jeweiligen Lagenverbindung. Die Lagenverbinder 13 bilden mit den kontaktierten Lagen 6, 8, 9 eine metallisch gefüllte Lagenverbindungsmatrix. Dadurch ist eine niederimpedante, also niederohmsche Lagenverbindungsstruktur von dem Busbar-Anschlusselement 14 zu der Busbar-Einheit 10 ermöglicht. Dies gilt analog für das Energiespeicher-Anschlusselement der Energiespeicher-Einheit 11.Accordingly, in the area of the energy storage unit 11, a plated-through energy storage connection element 15 is provided, which has at least one and in particular four energy storage connection pins with single-layer connectors. The connection pins of the busbar unit 10 and the Energy storage unit 11 has a reducing effect on the individual electrical and thus on the overall resistance of the respective layer connection. The layer connectors 13 form a metal-filled layer connection matrix with the contacted layers 6, 8, 9. This enables a low-impedance, i.e. low-resistance, layer connection structure from the busbar connection element 14 to the busbar unit 10. This applies analogously to the energy storage connection element of the energy storage unit 11.

In der Schaltschicht 4 ist eine horizontale Stromverteilstruktur im Bereich der Endstufen-Einheit 12 vorgesehen. Dazu weist die Endstufen-Einheit 12 zwei logische Leistungsschalter 16 auf, die jeweils in Halbbrückenanordnung mit einer „Low Side“ und einer „High Side“ ausführt sind. Entsprechend der Anbindung an das jeweilige Versorgungspotenzial sind die Einzelelemente der Leistungsschalter 16 mit den Schaltschichtlagen 9 und den benachbarten Stromleitungsschichtlagen 8 verbunden.A horizontal power distribution structure is provided in the switching layer 4 in the area of the output stage unit 12. For this purpose, the output stage unit 12 has two logical power switches 16, each of which is designed in a half-bridge arrangement with a “low side” and a “high side”. According to the connection to the respective supply potential, the individual elements of the circuit breakers 16 are connected to the switching layer layers 9 and the adjacent power line layer layers 8.

Anhand des schematischen Stromflussdiagramms in 2 wird nun die Funktionalität der Hochstromleiterplatte 1 näher erläutert. Ausgehend von einer Spannungsversorgung, also einer Spannungsquelle 17, fließt elektrischer Strom entlang einer Strom-Hinrichtung 18 zur Hochstromleiterplatte 1. Über das Busbar-Anschlusselement 14 wird der elektrische Strom der Busbar-Einheit 10, der Energiespeicher-Einheit 11 und schließlich der Stromverteil- und/oder Stromsammelstruktur, insbesondere in Form der Schaltschicht 4 und der dort angeordneten Endstufen-Einheit 12, zugeführt. Über die Einzelschalter 19, 20 der logischen Leistungsschalter 16 kann der Strom phasenabhängig einem elektrischen Verbraucher 21 zu- und wieder rückgeführt werden. Entsprechend erfolgt der Rückstrom über die Leistungsschalter 16, die Endstufen-Einheit 12 als Stromverteil- und/oder Stromsammelstruktur, die Energiespeicher-Einheit 11 und die Busbar-Einheit 10. Über das Busbar-Anschlusselement 14 wird der Strom von der Hochstromleiterplatte 1 zu der Spannungsquelle 17 rückgeleitet. Gemäß 2 ist die Strom-Hinrichtung 18 von links nach rechts gerichtet. Entsprechend ist die Strom-Rückrichtung 22 von rechts nach links, also insbesondere der Strom-Hinrichtung 18 entgegengesetzt gerichtet.Using the schematic current flow diagram in 2 The functionality of the high-current circuit board 1 will now be explained in more detail. Starting from a voltage supply, i.e. a voltage source 17, electrical current flows along a current execution 18 to the high-current circuit board 1. The electrical current of the busbar unit 10, the energy storage unit 11 and finally the power distribution and / or current collecting structure, in particular in the form of the switching layer 4 and the output stage unit 12 arranged there. The current can be fed to an electrical consumer 21 and returned again depending on the phase via the individual switches 19, 20 of the logical power switches 16. Accordingly, the reverse current occurs via the circuit breaker 16, the output stage unit 12 as a power distribution and/or current collection structure, the energy storage unit 11 and the busbar unit 10. The current is transferred from the high-current circuit board 1 to the voltage source via the busbar connection element 14 17 returned. According to 2 the current execution 18 is directed from left to right. Accordingly, the current return direction 22 is directed from right to left, i.e. in particular in the opposite direction to the current execution 18.

Claims (14)

Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) umfassend eine Stromleitungsschicht (5) und mindestens zwei weitere Funktionsschichten (3, 4), gekennzeichnet durch eine Busbar-Einheit (10) und eine Energiespeicher-Einheit (11), die jeweils die Stromleitungsschicht (5) mit den mindestens zwei weiteren Funktionsschichten (3, 4) elektrisch verbinden, wobei eine der weiteren Funktionsschichten (4) eine wenigstens zwei Leistungsschalter (16) aufweisende Schaltschicht (4) und eine der weiteren Funktionsschichten (3) eine Ansteuerschicht (3) ist, die ein Busbar-Anschlusselement (14) aufweist, das zur Gleichstromverbindung mit einem Versorgungspotential ausgebildet ist.Multifunctional high-current circuit board (1) comprising a power conduction layer (5) and at least two further functional layers (3, 4), characterized by a busbar unit (10) and an energy storage unit (11), each of which has the power conduction layer (5) with the at least electrically connect two further functional layers (3, 4), one of the further functional layers (4) being a switching layer (4) having at least two power switches (16) and one of the further functional layers (3) being a control layer (3) which is a busbar Has connection element (14) which is designed for direct current connection with a supply potential. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busbar-Einheit (10) und/oder die Energiespeicher-Einheit (11) jeweils in die Hochstromleiterplatte (1) integriert ausgeführt sind und insbesondere jeweils senkrecht zu einer Stromleitungsschichtebene orientiert sind.Multifunctional high-current circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the busbar unit (10) and/or the energy storage unit (11) are each designed to be integrated into the high-current circuit board (1) and in particular are each oriented perpendicular to a power line layer plane are. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busbar-Einheit (10) und/oder die Energiespeicher-Einheit (11) jeweils alle Lagen (6, 8, 9) der Hochstromleiterplatte (1) kontaktieren.Multifunctional high-current circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the busbar unit (10) and/or the energy storage unit (11) each contact all layers (6, 8, 9) of the high-current circuit board (1). Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitungsschicht (5) mehrere, insbesondere geradzahlig viele, Stromleitungsschichtlagen (8) aufweist, die bezogen auf ein Versorgungspotential, insbesondere abwechselnd, angeordnet sind.Multifunctional high-current printed circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power conduction layer (5) has several, in particular an even number, power conduction layer layers (8) which are arranged, in particular alternately, in relation to a supply potential. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschicht (4) mehrere, insbesondere zwei, Schaltschichtlagen (9) aufweist, die bezogen auf ein Versorgungspotential, insbesondere identisch übereinander, angeordnet sind, und/oder die Ansteuerschicht (3) mehrere, insbesondere zwei, Ansteuerschichtlagen (6) aufweist, die bezogen auf ein Versorgungspotential, insbesondere identisch übereinander, angeordnet sind.Multifunctional high-current printed circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching layer (4) has several, in particular two, switching layer layers (9) which are arranged in relation to a supply potential, in particular identically one above the other, and / or the control layer ( 3) has several, in particular two, control layer layers (6), which are arranged in relation to a supply potential, in particular identically one above the other. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busbar-Einheit (10) mindestens ein durchkontaktiertes Busbar-Anschlusselement (14), insbesondere für eine Gleichstromverbindung, aufweist.Multifunctional high-current printed circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the busbar unit (10) has at least one plated-through busbar connection element (14), in particular for a direct current connection. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Busbar-Anschlusselement (14) mindestens einen Busbar-Anschlussstift mit Einzellagenverbinder aufweist.Multifunctional high-current circuit board (1) according to Claim 6 , characterized in that the at least one busbar connection element (14) has at least one busbar connection pin with a single-layer connector. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher-Einheit (11) mindestens ein durchkontaktiertes Energiespeicher-Anschlusselement (15), insbesondere für ein Energiespeicherelement, aufweist, das mindestens einen Energiespeicher-Anschlussstift mit Einzellagenverbinder aufweist.Multifunctional high-current printed circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the energy storage unit (11) has at least one plated-through Energy storage connection element (15), in particular for an energy storage element, which has at least one energy storage connection pin with a single-layer connector. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Endstufen-Einheit (12) mit mindestens zwei Endstufen-Elementen, die jeweils zwei logische Leistungsschalter (16) umfassen, die insbesondere in Halbbrückenanordnung angeordnet sind.Multifunctional high-current circuit board (1) according to one of the preceding claims, characterized by an output stage unit (12) with at least two output stage elements, each comprising two logic power switches (16), which are arranged in particular in a half-bridge arrangement. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufen-Einheit (12) mittels einer mehrere Einzelstromleitungen aufweisenden Stromverteilstruktur mit der Energiespeicher-Einheit (11) verbunden ist, wobei jedes Endstufen-Element über eine korrespondierende Einzelstromleitung an die Energiespeicher-Einheit (11) angeschlossen ist.Multifunctional high-current circuit board (1) according to Claim 9 , characterized in that the output stage unit (12) is connected to the energy storage unit (11) by means of a power distribution structure having a plurality of individual power lines, each output stage element being connected to the energy storage unit (11) via a corresponding individual power line. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufen-Elemente gleichbeabstandet bezüglich der Energiespeicher-Einheit (11) angeordnet sind.Multifunctional high-current circuit board (1) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the output stage elements are arranged equally spaced with respect to the energy storage unit (11). Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverteilstruktur, insbesondere horizontal, in der Schaltschicht (4) angeordnet ist.Multifunctional high-current circuit board (1) according to Claim 10 or 11 , characterized in that the power distribution structure is arranged, in particular horizontally, in the switching layer (4). Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltschichtlagen (9) im Bereich der Endstufen-Einheit (12) mittels einer, insbesondere mit Kupfer gefüllten, Mikrodurchkontaktierung verbunden sind, wobei die Schaltschichtlagen (9) bezogen auf ein Versorgungspotential, insbesondere identisch übereinander, angeordnet sind.Multifunctional high-current circuit board (1) according to one of Claims 9 until 12 , characterized in that the two switching layer layers (9) in the area of the output stage unit (12) are connected by means of a microvia, in particular filled with copper, the switching layer layers (9) being arranged in relation to a supply potential, in particular identically one above the other. Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (1) gemäß Anspruch 13, wenn rückbezogen auf Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschichtlagen (9) an der Hochstromleiterplatte (1) außenliegend angeordnet sind.Multifunctional high-current circuit board (1) according to Claim 13 , when referenced back to Claim 5 , characterized in that the switching layer layers (9) are arranged on the outside of the high-current circuit board (1).
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